Aurinkolämpö maalämpöpumpun rinnalla on kannattava ja ekologinen hybridiratkaisu

17.6.2015

Paikallisesti eri lämmitysmuotoja yhdistelemällä edistetään rakennusten ja alueen energia- ja kustannustehokkuutta. DESY-hankkeessa tehostettiin rakennusten sähkön- ja lämmöntuotantoa hybridiratkaisuilla ekologisesti. Kustannustehokkaat energiainvestoinnit syntyvät lämmityksestä ja lämmön talteenotosta. Tehokkaimmaksi hyötysuhteeltaan ja elinkaarikustannuksiltaan osoittautui hybridiratkaisu, jossa yhdistyy maalämpöpumppu ja aurinkolämpö.

 

VTT:n johtamassa CLEEN Oy:n DESY (Distributed Energy Systems) -projektissa tutkittiin paikallisesti hajautettua energiantuotantoa ja investointeja. Tavoitteena oli tuottaa energia lähellä kulutuskohdetta käyttäen hybridiratkaisuja, joilla tuotettiin sähköä ja/tai lämpöä rakennukseen. Hybridituotantoa kehitettiin olemassa olevaa tekniikkaa yhdistelemällä: käytössä olevan pääenergialähteen, esimerkiksi sähkön, kaukolämmön tai öljyn, rinnalle lisättiin paikallisia ja ympäristöystävällisiä energialähteitä kuten aurinkoa, tuulta, paikallisia biopolttoaineita tai lämpöpumppuja.

 

DESY-hankkeen tulokset osoittavat, että maalämpöpumpun ostosähkön tarvetta on kannattavaa pienentää aurinkoenergialla, jota hyödynnetään joko lämpönä tai sähkönä. Erityisesti aurinkolämpö osoittautui kannattavaksi maalämmön rinnalla arvioitaessa investointien kannattavuutta. Investoinnin takaisinmaksuaika on 5 – 6 vuotta verrattuna esimerkiksi öljy- ja sähkölämmityskustannuksiin.  Aurinkosähkön tuottamiseen tarvitaan aurinkokennot, joiden hinnat ovat laskeneet viime vuosina merkittävästi. Jos aurinkosähköllä leikataan lämpöpumpun ostosähkön tarvetta, investoinnin takaisinmaksuaika on noin 9 vuotta.  Aurinkoenergian etuina ovat lisäksi ympäristöystävällisyys, helppous, äänettömyys ja yhdistettävyys kaikkiin päälämmitysmuotoihin. Aurinkoenergian hyödyntämislaitteisiin ei tarvita suojaetäisyyksiä äänen tai valoilmiön takia kuten tuulivoimaloissa.

 

Aurinkolämmön hyödyntäminen kaukolämmön rinnalla on myös kannattavaa, jos aurinkolämpö korvaa keväästä syksyyn tuotantokustannuksiltaan kalliimpaa lämpökattilakapasiteettia. Paikallista kaukolämpöverkkoa voidaan käyttää myös talojen tuottaman ylijäämälämmön lyhytaikaisvarastointiin.

 

Lähes nollaenergiatalossa tarvitaan lisäksi aurinkoenergiaa lisälämmön ja sähkön lähteenä, jolloin ympäristöpäästöt ovat noin 50 % pienemmät kaukolämpöön ja sähkölämmitykseen verrattuna.

 

Aurinkopaneeleiden valmistuksessa käytetään fosforia, joka aiheuttaa vesistöjen rehevöitymistä. Kun materiaalikulut ja käyttö huomioidaan, on aurinkoenergian päästövaikutus kuitenkin huomattavasti pienempi verrattuna perinteisiin energiamuotoihin.

 

Tutkimuksessa havaittiin myös, että passiivienergiatalon kulutusvaatimuksia (15 kWh/m2,v) on vaikea saavuttaa lisäämällä ainoastaan eristeitä. Rinnalle tarvitaan tehokas ilmastointijärjestelmä sekä lämmön talteenotto poistoilmasta ja lämpimästä käyttövedestä. Tämä ei kuitenkaan välttämättä lyhennä investoinnin takaisinmaksuaikaa. Lähes nollaenergiataloon tarvitaan näiden lisäksi lämmön kausivarasto, jotta primäärienergian tarve saadaan nollattua vuositasolla.

 

Hankkeessa havaittiin, että useamman kuin yhden paikallisen hybridiratkaisun lisääminen rakennukseen ei ole toistaiseksi kannattava investointi.

 

Tutkimus toteutettiin tekemällä simuloitavia malleja, joita sovellettiin case -kohteissa, seurantamittauksin sekä käyttämällä asiantuntijapaneeleita.

 

Toteutetut ja laskennalliset hybridituotantokohteet:

Alun 64:stä case-kohteesta loppuvaiheen demonstrointiin osallistui yhdeksän, joista projektin aikana vietiin käytäntöön neljä hybridiratkaisua:

  • Eco Energy Centre, Karjalohja: tuuli-, aurinko- ja maalämpöratkaisut (kts.kuvat uutisen alaosassa),
  • Block 0-energiatalo, Hyvinkään asuntomessualue: lämpöpumppu ja aurinkoenergia,
  • Sakarinmäen koulu, Helsinki: maalämpöpumppu, jolla toteutetaan peruslämmitys ja rinnalla aurinkolämmitys sekä huiput leikataan bioöljylle muutetulla vanhalla öljykattilalla  ja
  • Eko-CHP pilottilaitos, Lappeenranta: kuumailmaturbiini.


 Laskennallisesti kohteet:

  • Biojalostamo, Forssa: energiatase ja päästövaikutukset,
  • Energiaomavarainen kyläsuunnitelma, Närväjoki: paikallisten energialähteiden hyödyntäminen ja päätöksentekoprosessi ja
  • Kaksi viljatilaa ja yksi karjatila Keski-Suomessa: suunnitelmat maatilan energiaomavaraisuuden nostamiseksi. 

 

DESY-projektin asiantuntijapaneeleiden mukaan hybridituotannon tulevaisuuden mahdollisuuksiin ja kysyntään vaikuttavat merkittävästi energiapolitiikka, kuluttajien tietoisuus asiasta ja valmiiden lähienergiaratkaisujen tarjonta.

 

VTT:n koordinoimaan 2,5 vuotta kestäneeseen hankkeeseen osallistui 6 tutkimusorganisaatiota (VTT, TUT, LUT, Jyväskylä yo, Vaasa yo ja LUKE) sekä 12 yritystä (ABB, Fortum, Valmet, Wärtsilä, Helen, Vantaan energia, EnvorGroup, ST1, Savosolar, Ekogen, Gasek ja HT-Enerco). Tutkimus on yksi CLEEN Oy:n tutkimushakkeista. Hanketta rahoittivat Tekes, yritykset, tutkimuskumppanit ja VTT.

 

Jatkohankkeena on käynnistynyt VTT:n johdolla aurinkojäähdytysprojekti, jossa aurinkolämmöllä jäähdytetään toimistokiinteistöä. Tuloksia on odotettavissa syksyllä 2016.

Julkaisu sähköisesti: Distributed Energy Systems – DESY

Mediamateriaali:

Kalvot PDF: DESY-hanke, tulokset ja caset
Kuvia: Eco Energy Centre, Karjalohja (kuva suurenee klikkaamalla):

​Lämpöpumppu ja lämminvesivaraaja. Kuvaaja Seppo Juurikko.

​Aurinkokeräimet seinällä. Kuvaaja Seppo Juurikko.
​Tuulivoima seisoo jalan varassa. Kuvaaja Seppo Juurikko.

​Aurinkopaneelit telineessä. Kuvaaja Seppo Juurikko.

Lämpökaivon poraus. Kuvaaja Ismo Nuuja.

 

Termit:
Aurinkolämpö: Aurinkotasokeräimiä tai tyhjiöputkikeräimiä käytetään rakennusten ja käyttöveden lämmittämiseen.

Aurinkosähkö: Sähkön tuottamiseen tarvitaan aurinkokennot. Järjestelmä liitetään talon sähköverkkoon, jonka kautta tuotettu sähkö käytetään ensisijaisesti itse. Ylimääräinen sähkö voidaan myydä paikalliselle sähköyhtiölle.

Lähes nollaenergiatalo: Lämmön tarpeen ominaiskulutus on < 15 kWh/m2,v kuten passiivitalo ja vuosienergiatase 0.

Passiivitalo: Lämmön ominaiskulutus < 15 kWh/m2,v; kokonaisprimäärienergian tarve < 120 kWh/m2, v.

Ota yhteyttä
Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00